最白的油漆

降溫黑科技

「眼前的黑不是黑，你說的白是什么白。」

我們怎么定義白？

白是雪、墻壁和牛奶的顏色。

神說要有光，白光包含了各種顏色的光。

十六進制顏色碼里，#FFFFFF 代指純白。

白也可以代表一種感覺，讓你在盛夏依然涼爽。

史上最白油漆，從建筑用到汽車

在科學上，白的定義與反射率有關。一般來說，某個物體對可見光譜內所有波長的反射比例達到 80% 或更高，我們就認為這種物體是白色的。

越白的物質可以反射越多的光，越不容易升溫。科學常識以生活經驗的形式代代相傳，熱帶地區的人們常將房屋漆成白色，希臘圣托里尼島的白色建筑也不僅僅是為了美觀。

2021 年，普渡大學研制出了一種含有硫酸鋇顆粒的超白涂料，其反射率高達 98.1%，在同年 9 月被收錄在 2022 年版的吉尼斯世界紀錄，名正言順地成為迄今為止最白的油漆。

硫酸鋇超白涂料 . 圖片來自：Purdue University

當這種涂料用在屋頂、人行道，可讓室外表面比環境溫度低 4.5°C 以上，從而減少空調需求，緩解城市熱島效應，在冬天也能起效。

參與研究的普渡大學機械工程教授阮秀林（Xiulin Ruan，音譯），舉了一個生活里的例子：

如果你用它覆蓋 1000 平方英尺（約 93 平方米）的屋頂面積，我們估計你可以獲得高達 10 千瓦的冷卻功率。這比大多數家庭使用的空調更強大。

硫酸鋇超白涂料 . 圖片來自：Purdue University

研究人員甚至表示，只需讓地球表面的 0.5-1% 用上這種涂料，就可以扭轉全球變暖的趨勢。

最近，同一批科學家開發了一種更薄、更輕的新配方，或者說世界上最白的涂料 2.0，作用也是降低表面溫度。

1.0 和 2.0 的厚度差別 . 圖片來自：Purdue University

為什么要做到更輕、更薄？主要原因是 1.0 和 2.0 的使用場景不一樣。

在 1.0 出世時，為了達到足夠的輻射冷卻水平，涂料至少需要達到 0.4 毫米的厚度，這對建筑物屋頂等結構來說完全可以承受。

但當目光投向尺寸和重量有精確要求的對象，比如汽車、火車和飛機，涂料需要更薄更輕，那么 2.0 就該出場了。

圖片來自：Unsplash

2.0 是一種納米多孔涂料，含有六方氮化硼（一種主要用于潤滑劑的物質），僅需 0.15 毫米，反射率即可達到 97.9%，和 1.0 的 98.1% 幾乎相同。

六方氮化硼起到的是什么作用？團隊成員、普渡大學機械工程博士生 Andrea Felicelli 解釋道：

六方氮化硼具有很高的折射率，這會導致強烈的陽光散射；它的顆粒也具有獨特的形態，我們稱之為納米血小板，在反彈太陽輻射方面比之前的球形納米顆粒更有效。

近似的反射率，2.0 比 1.0 更薄 .

2.0 還在納米尺度上具有高度多孔性，因為密度更小、厚度更薄，它比起 1.0 重量輕 80%。

更輕巧的 2.0 將用在各種輕量級場景，當它噴涂在飛機、汽車或火車的外部，可使表面溫度降低約 5.6°C。

在酷暑之中，停機坪上的飛機不必開空調為內部降溫，大量能源便可以節省下來。

2.0 預計在兩到三年內實現商業化，但還需要一系列測試和完善，比如盡量減少使用揮發性有機化合物（VOCs）。

油漆、清漆等產品都包含有機溶劑，它們會在使用過程中釋放 VOCs，甲醛就是最知名的 VOCs 之一，對健康和環境都有危害。

阮秀林教授還設想了 2.0 在運輸行業之外的無限可能，服裝、鞋子，甚至手機等便攜式電子產品都用得上：

「它可以摻入油漆或紡織纖維中，刷、噴涂或在滾筒上使用。」

不過，就算 2.0 真的商用，價格也絕不會便宜，因為氮化硼需要合成生產，所以它更適合對成本毫不在乎、但對重量和厚度「斤斤計較」的場景。

最白的油漆，也是 cool 的油漆

最白涂料 1.0 和 2.0，反射率相差無幾，并非互相代替，而是各有千秋。

畢竟，打破最白涂料的記錄不是科學家的目標，遏制全球變暖和節約能源才是。

從 1970 年代開始，已經有不少科學家嘗試開發輻射冷卻涂料，用來替代傳統空調，避免陷入越熱越開、越開越熱的全球變暖惡性循環。

普渡大學團隊開發 1.0 花了長達 6 年的時間，他們考慮了 100 多種不同的材料，最終將它們縮小到 10 種，又為每種材料測試了大約 50 種不同的配方。

市場上銷售的白漆，反射率約為 80% 到 90%，且常見原料二氧化鈦會吸收紫外線并輻射熱量，所以不能讓建筑物表面低于環境溫度。

萬花叢里一枝獨秀，1.0 靠的是兩項關鍵技術。

硫酸鋇也常用于將相紙和化妝品變白 .

一方面，將高濃度硫酸鋇作為主要成分，更好地反射陽光，且不吸收紫外線；

另一方面，粒子散射光的程度取決于大小，將硫酸鋇制成大小各異的顆粒后，涂料就能反射不同顏色和波長的光，達到最廣泛的光譜散射效果。

除了反射率接近 100%，納米粒子還能在 0.008-0.013 毫米的特定紅外波長反射太陽能量，熱量通過紅外窗口返回太空，不會被困在地球大氣層中。

最終，它發出的熱量比吸收的熱量多，從而對抗全球變暖。

熱量回到深空 .

這種「被動輻射冷卻」在不消耗任何能源的情況下冷卻建筑表面，等于安了個不耗電的空調。

從紅外攝像機的圖片可以看出，1.0 所在的區域為深紫色，和周圍的顏色截然不同，說明它將電路板冷卻至低于環境溫度，這是商業散熱涂料無法做到的事情。

1.0 的冷卻效果 .

材料相對易得也是 1.0 的優勢。硫酸鋇比二氧化鈦要便宜，最終的成本甚至可能與傳統白色涂料不相上下。

這項成果已經申請了專利，普渡大學正在和一家公司合作，擴大涂料規模并將其投放市場，有望在兩年之內實現商業化。

但 1.0 也遠非完美。勞倫斯伯克利國家實驗室的熱島效應專家 Ronnen Levinson 指出，紫外線在被反射后，很可能會與空氣中的氮氧化物等物質反應，反而危害了空氣質量。

圖片來自：Fast Company

Fast Company 的一篇報道則提及，這種涂料近 60% 的原材料來自重晶石原礦，采礦意味著巨大的能源需求和碳足跡，與環保目的背道而馳，陷入正負相抵的兩難之中。

其實在 1.0 之前，普渡大學還推出過一個版本。2020 年 10 月，他們以碳酸鈣為原料，開發出一款反射率 95.5% 的白色油漆。

碳酸鈣早已被 1.0 的硫酸鋇取代；2.0 的六方氮化硼又擴展了 1.0 的使用場景。

「最白的白」只是暫時的虛名，科技不斷進步，或許還有 3.0、4.0 的出現。想要真正的環保滿分答案，要先從 70 分、80 分做起。

有了最白的白，別忘了最黑的黑

幾年前，最黑的黑是 Vantablack，它吸收高達 99.965% 的可見光，由英國科技公司 Surrey NanoSystems 發明，2014 年發布時艷驚四座。

Vanta 的全稱為 vertically aligned nanotube arrays，意為垂直排列的納米管陣列，每平方厘米涂層約有十億個納米管。

黑洞就在身邊 . 圖片來自：dezeen

它黑得如此出眾，正是因為均勻分布的納米管結構，光粒子進入就會被吸收，極少數被反射的也會撞到納米管頂部。

眼前兩個完全相同的青銅雕像，當其中一個涂上 Vantablack，直接從三維變成二維。你凝視的不是黑色，而是深淵。

在最白涂料 1.0 問世時，研究人員曾拿它對照 Vantablack。畢竟，一個黑得傲視群雄，一個白得獨領風騷。

當時還有一段和 Vantablack 相關的插曲：有人提醒研究人員小心 Anish Kapoor。

Anish Kapoor 是一位英國藝術家，他在 2016 年拿下了 Vantablack 的獨家藝術權，只有他能將其用于藝術目的，因此在藝術界臭名昭著。

對此反應最激烈的是另一位英國藝術家辛普爾 Stuart Semple，他在一氣之下研制出「最粉的粉」顏料，并在網站上掛出，任何人都可以購買，除了 Anish Kapoor。

最近，一位日本網紅想要挑戰「世界上最黑的房間」，但又買不到 Vantablack，所以退而求其次買了吸光率 99.4% 的涂料「真黑色無雙」（《真三國無雙》：打錢）。

他還把自己完全涂黑，無縫 cos 柯南里的黑衣人。

但現在 Vantablack 也不是最黑的了。2019 年，麻省理工開發了一種吸收 99.995% 可見光的材料，最妙的是科學家們與藝術家 Diemut Strebe 合作，讓它以一顆鉆石的形式亮相。

當最閃亮的「石頭」遇上最吸光的材料，價值 200 萬美元的天然黃色鉆石完全隱入黑暗，所以被命名為「虛榮的救贖」（The Redemption of Vanity）。

圖片來自：the-redemption-of-vanity.com

Diemut Strebe 和麻省理工還在鉆石旁寫道：「該項目也可以視作反對 Anish Kapoor 購買 Vantablack 獨家藝術權的聲明。我們使用了不同的碳納米管成分，任何藝術家都可以使用。」

藝術和美學之外，最黑的黑主要用于對反射光容忍度極低的表面，比如天文望遠鏡、微型衛星、恒星跟蹤器、紅外傳感器，還被認為可以用于隱形飛機。

NASA 也在研究太空超黑材料 .

Vantablack 的開發公司曾提議，在博物館中將最白的白與最黑的黑一起展示，為了不違背和 Anish Kapoor 簽訂的獨家藝術權，他們還強調「這不是藝術」，而是出于「教育目的」，展示給那些對光明和黑暗極端背后的科學感興趣的人。

「科學可以為藝術創造媒介，藝術也可以回饋科學。」從最白的白到最黑的黑，科學家的調色板，同樣影響著人類的未來。